Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

03-06-2014_19-50-32 / Методич указания к расчетно-графической работе

.pdf
Скачиваний:
148
Добавлен:
14.04.2015
Размер:
6.33 Mб
Скачать

поднимаемого груза m, если усилие на рукоятке приводного рычага насоса R = 150 Н, диаметр поршня домкрата D = 180 мм, диаметр плунжера насоса d = 18 мм, КПД домкрата η = 0,68, плечи рычага а = 60 мм, b = 600 мм.

1.20. Покоящийся на неподвижном поршне и открытый сверху и снизу сосуд массой m = 16 кг состоит из двух цилиндрических частей, внутренние диаметры которых равны D = 0,5 м и d = 0,3 м.

Определить, какой минимальный объем V воды должен содержаться в верхней части сосуда, чтобы сосуд всплыл над поршнем. Трением сосуда о поршень пренебречь.

 

 

 

 

 

 

 

 

К задаче 1.20

К задаче 1.21

К задаче 1.22

1.21.Определить работу, затрачиваемую на перемещение поршня площадью S на расстояние l в трубопроводе, соединяющем два резервуара площадями S1 и S2, заполненные при начальном положении поршня до одной и той же высоты жидкостью плотности ρ. Трением поршня о стенки трубопровода пренебречь.

1.22.Цилиндрический сосуд диаметром D = 0,2 м и высотой а = 0,4 м, заполненный водой, опирается на плунжер диаметром d = 0,1 м.

Определить показание манометра рм и нагрузки на болтовые группы А и В, если масса верхней крышки сосуда m1 = 300 кг, цилиндрической части сосуда m2 = 150 кг и нижней крышки сосуда m3

=120 кг.

Каким может быть взят минимальный диаметр плунжера, если наибольшее допускаемое давление рм = 3 МПа.

Указание. Одним из возможных способов расчета давления рм является рассмотрение условия равновесия сосуда под действием его собственного веса и приложенных к его внутренней поверхности сил избыточного давления жидкости, величины которых зависят от давления рм.

11

 

 

 

К задаче 1.23

К задаче 1.24

К задаче 1.25

1.23.Определить предварительное поджатие х пружины, нагружающей дифференциальный предохранительный клапан, необходимое для того, чтобы клапан открывался при давлении р = 3 МПа. Диаметры поршней: D1 = 22 мм; D2 = 20 мм, а жесткость пружины с = 8 Н/мм.

1.24.В сосуде А и в трубе вода находится в покое; показание ртутного прибора hрт = 295 мм. Определить высоту Н, если h= 1 м.

1.25.В герметичном сосуде - питателе А находится расплавленный

 

 

баббит (ρ = 8000 кг/м3). При показании вакуум-

 

 

 

 

метра ρвак = 0,07 МПа заполнение разливочного

 

 

ковша В прекратилось. При этом Н = 750 мм.

 

 

Определить высоту уровня баббита h в сосуде -

 

 

питателе А.

 

 

1.26. Тонкостенный сосуд, состоящий из двух

 

 

цилиндров диаметрами d = 0,3 м и D = 0,8 м,

 

 

нижним открытым концом опущен под уровень

 

 

воды в резервуаре А и покоится на опорах С,

 

 

расположенных на высоте b = 1,5 м над этим

 

 

К задаче 1.26

уровнем. Определить силу, воспринимаемую

 

 

опорами, если в сосуде создан вакуум,

 

 

 

 

обусловивший поднятие воды в нем на высоту а +

 

 

b = 1,9 м. Масса сосуда m = 100 кг. Как влияет на

 

 

результат изменение диаметра d?

 

 

1.27. К замкнутому цилиндрическому сосуду

 

 

диаметром D = 2 м и высотой Н = 3 м

 

 

присоединена трубка, нижним открытым концом

 

 

погруженная под уровень воды в резервуаре А.

 

 

Сосуд установлен на высоте h0 = 2 м над уровнем

К задаче 1.27

воды в резервуаре и заполнен водой до высоты

 

 

12

h = 2 м через открытый кран 1 при закрытом кране 2 (давление над водой равно атмосферному), рат = 98 кПа. При открытии крана 2 и одновременном закрытии крана 1 часть воды сливается из сосуда в резервуар А.

Определить:

1.давление воздуха, которое установится при этом в сосуде;

2.объем воды, вытекшей из сосуда.

1.28.Цилиндрический сосуд, имеющий диаметр D = 0,4 м и наполненный водой до высоты а = 0,3 м, висит без трения на плунжере диаметром d = 0,2 м.

Определить:

1. вакуум рвак, обеспечивающий равновесие сосуда, если его масса m = 50 кг. Как влияют на полученный результат величина диаметра плунжера и глубина его погружения в жидкость?

2.силы давления, действующие на крышки В и С сосуда.

См. указание к задаче 1.22.

К задаче 1.28 К задаче 1.29 К задаче 1.30

1.29. Тонкостенный сосуд А высотой Н = 60 мм и диаметром d = 24 мм с отверстием внизу плавает в воде, содержащейся в цилиндре диаметром D = 72 мм.

Определить:

1. массу m сосуда А, если давление на поверхности воды в цилиндре атмосферное, а разность уровней воды в сосуде и цилиндре h1 = 34 мм;

2. силу F, которой нужно нагрузить поршень, чтобы сосуд А погрузился на дно цилиндра, если первоначальное заполнение сосуда водой h2 = 10 мм. Атмосферное давление ра = 98 кПа.

1.30.Определить массу m толстостенного колокола размерами D = 0,4 м, d = 0,2 м, L = 1 м, а = 0,1 м, если он плавает в воде при

13

погружении Н = 0,6 м. При какой добавочной нагрузке F колокол целиком погрузится в воду?

При решении задачи давление воздуха в колоколе перед погружением считать равным атмосферному (ра = 98 кПа), а процесс сжатия воздуха при погружении - изотермическим.

1.31. К отверстию в дне открытого резервуара А, частично заполненного водой, присоединена вертикальная труба, нижним концом опущенная под уровень воды в резервуаре В.

При закрытой задвижке труба заполнена водой; расстояние между уровнями воды в резервуарах Н = 2 м; избыточное давление воздуха в резервуаре В равно р = 60 кПа; толщина воздушной подушки h = 0,5 м. Атмосферное давление рa= 100 кПа.

Определить, какой объем воды переместит- К задаче 1.31 ся из одного резервуара в другой после открытия задвижки на трубе. Процесс расширения воздуха в резервуаре В считать изотермическим. Диаметры резервуаров одинаковы D = 1 м,

диаметр трубы d = 0,2 м.

1.32. Цилиндрический сосуд диаметром D = 1 м и высотой Н = 2 м через отверстие в крышке заполнен водой так, что свободная поверхность установилась на середине высоты сосуда, а давление воздуха в нем равно атмосферному (рa = 98 кПа).

Как изменится положение уровня воды в сосуде и давление воздуха в нем после опускания в сосуд плунжера, диаметр которого d = 40 см и

К задаче 1.32 масса m = 500 кг?

Процесс сжатия воздуха, замкнутого в сосуде, считать изотермическим; трением плунжера в направляющей втулке пренебречь.

14

1.3 Сила гидростатического давления на плоские и криволинейные поверхности

Избыточная сила гидростатического давления на плоскую поверхность (стенку) равна давлению в центре тяжести смоченной поверхности, умноженному на ее площадь,

F = ( p 0 + ρgh c ) S ,

1.10

где hс - глубина погружения центра тяжести смоченной поверхности под свободной поверхностью; S - площадь поверхности; ро - давление на свободной поверхности жидкости. Формулу (1.10) можно переписать в виде

F = Fo + Fж ,

1.11

где Fо =ро · S - сила, обусловленная внешним давлением; Fж сила, обусловленная только давлением жидкости. Сила Fо приложена в центре тяжести смоченной стенки, сила Fж - в центре давления, координата которого определяется по формуле

У ж = У с +

 

J о

1.12

У

с

S

 

 

 

 

где Ус координата центра тяжести (вдоль стенки); Jо момент инерции стенки (плоской фигуры) относительно центральной оси.

Сила гидростатического давления на криволинейную поверхность

F =

 

F2x + F2y + FZ2 ,

1.13

 

где Fх, Fy, Fz

 

составляющие

силы избыточного давления по

соответствующим координатным осям.

 

Для цилиндрической поверхности

 

 

 

 

 

 

 

 

 

F =

 

F 2

+ F 2 ,

 

1.14

 

 

 

x

z

 

 

 

где Fx и Fz горизонтальная и вертикальная составляющие силы F.

Горизонтальная составляющая

 

 

Fx =

ρ gh c S x

,

1.15

 

где hc расстояние от

центра

тяжести вертикальной

проекции

криволинейной поверхности до свободной поверхности

жидкости

(пьезометрической плоскости); Sх

площадь проекции криволиней-

ной поверхности на вертикальную плоскость.

 

 

 

 

 

 

15

 

 

Вертикальная составляющая

 

F z = ρ gV ,

1.16

где V – объем тела давления вертикального столба жидкости, расположенного между пьезометрической плоскостью, криволиней- ной поверхностью и вертикальной проецирующий поверхностью, проходящей по контуру стенки. Вектор полной силы давления на цилиндрическую поверхность проходит через ось цилиндра под углом φ к горизонту, причем

tg ϕ = Fz ,

1.17

F x

 

Указания. При решении задач по данной теме прежде всего нужно хорошо усвоить и не смешивать такие понятия, как давление р, сила давления F.

Необходимо четко различать давления абсолютное и вакуумметрическое (разрежение), знать связь между давлением, удельным весом и высотой, соответствующей этому давлению (пьезометрической высотой).

При решении задач, в которых нужно определить силу или давление, действующие на поршень, систему поршней или клапан, следует написать уравнение равновесия, т.е. равенство нулю суммы всех сил или моментов, действующих на вышеуказанные элементы, в направлении возможного их движения.

Пример 3. Круглое отверстие в вертикальной стенке закрытого резервуара с водой перекрыто сферической крышкой (рис. 1.2)

Радиус сферы R= 0,3 м, угол α = 120о, глубина погружения центра тяжести отверстия Н = 0,5м.

Решение. Находим радиус отверстия и высоту сферического сегмента:

Рис. 1.2

r = R sin α 2 = 0,3 sin 600 = 0,26 м;

h = R R cosα 2 = R(1cosα 2) = 0,3 (1 cos 600 ) = 0,15м

Горизонтальная составляющая силы давления на крышку

16

Fx = ( рм + ρgH )πr 2 = (10000 + 1000 9,81 0,5) 3,14 0,26 2 = 3,16 кН

Вертикальная составляющая силы давления на крышку равна весу жидкости в объеме сферического сегмента (на рисунке заштрихована):

F = ρgV = ρg

1

πr 2

(3R h) = 1000 9,81

3,14

0,152 (3 0,3 0,15) = 173H

 

 

z

3

 

3

 

 

 

 

Полная сила давления на крышку

F= Fx2 + Fz2 = 31602 +1732 = 3165H .

Угол наклона силы F к горизонту

ϕ= arctg Fz Fx = arctg 173 3160 = 30 081.

Задачи

1.33.Определить значение силы, действующей на перегородку, которая разделяет бак, если ее диаметр D = 0,5 м, показания вакуумметра рвак = 0,08 МПа и манометра рм = 0,1 МПа.

1.34.Определить силу, действующую на болты 1 крышки бака, если показание манометра рм = 2 МПа, а угол наклона крышки α = 45°.

Всечении бак имеет форму квадрата со стороной а = 200 мм.

 

 

 

 

К задаче 1.36

К задаче 1.37

К задаче 1.38

1.36.Определить минимальную силу тяжести груза G, который при заливке формы чугуном нужно положить на верхнюю опоку,

чтобы предотвратить ее всплывание. Вес верхней опоки Gоn = 650 Н. Плотность жидкого чугуна ρ = 7000 кг/м3. Вес чугуна в литниках и выпорах не учитывать. Размеры: а = 150 мм; в =150 мм; D1 = 160 мм; D2 = 300 мм.

1.37.Определить минимальную силу тяжести груза G, который

при заливке формы чугуном нужно положить на верхний стержень, чтобы предотвратить его всплывание. Вес стержней с учетом веса чугуна в литнике и выпоре G1 = 50 Н. Плотность жидкого чугуна ρ = 7000 кг/м3; размеры: Н = 200 мм; D = 140 мм; h = 80 мм; d = 120 мм.

1.38. Определить силу F, необходимую для удержания поршня на высоте h2 = 2 м над поверхностью воды в колодце. Над поршнем поднимается столб воды высотой h1 = 3 м. Диаметры: поршня D =100 мм, штока d = 30 мм. Вес поршня и штока не учитывать.

К задаче 1.33 К задаче 1.34

 

1.35. Определить давление в гидросис

 

 

 

 

 

теме и вес груза G, лежащего на поршне 2,

 

 

 

 

 

если для его подъема к

поршню 1

К задаче 1.39

К задаче 1.40

 

 

 

приложена сила F = -1 кН.

Диаметры

3

 

 

1.39. В сосуде находится расплавленный свинец

).

 

поршней: D = 300 мм, d

= 80 мм.

(ρ = 11 г/см

 

Определить силу давления, действующую на дно сосуда, если высота

 

Разностью высот пренебречь.

 

 

 

уровня свинца h = 500

мм, диаметр сосуда D = 400 мм, показание

К задаче 1.35

 

 

 

 

мановакуумметра рвак = 30 кПа.

 

 

 

 

 

 

 

 

17

 

 

18

 

 

1.40. Определить давление р1 жидкости, которую необходимо подвести к гидроцилиндру, чтобы преодолеть усилие, направленное вдоль штока F= 1 кН. Диаметры: цилиндра D = 50 мм, штока d = 25 мм. Давление в бачке ро = 50 кПа, высота Но = 5 м. Силу трения не учитывать. Плотность жидкости ρ = 1000 кг/м3.

К задаче 1.41

К задаче 1.42

К задаче.1.43

1.41.Определить давление р в верхнем цилиндре гидро- преобразователя (мультипликатора), если показание манометра, присоединенного к нижнему цилиндру, равно рм = 0,48 МПа. Поршни перемещаются вверх, причем сила трения составляет 10 % от силы давления жидкости на нижний поршень. Вес поршней G = 4 кН.

Диаметры поршней: D = 400 мм, d = 100 мм; высота H = 2,5 м; плотность масла ρ = 900 кг/м3.

1.42.Определить показание мановакуумметра рмв, если к штоку поршня приложена сила F = 0,1 кН, его диаметр d = 100 мм, высота Н

=1,5 м, плотность жидкости ρ = 800 кг/м3.

1.43.Определить силу, действующую на каждую из четырех стенок сосуда, имеющего форму перевернутой правильной пирамиды,

если рм = 0,5 МПа, Н = 4 м и h = 1,2 м; каждая сторона основания пирамиды b = 0,8 м. Плотность жидкости ρ = 800 кг/м3.

1.44.Определить силы, действующие на верхние Fb и нижние Fн болты крышки, которая имеет форму прямоугольника высотой а = 0,64 м и шириной b = 1,5 м. Показание ртутного вакуумметра hрт = 150 мм, высота h = 2,2 м.

К задаче 1.44

19

К задаче 1.45

К задаче 1.46

1.45.Определить силу F, действующую на шток гибкой диафрагмы, если ее диаметр D = 200 мм, показание вакуумметра рвак = 0,05 МПа, высота h = 1 м. Площадью штока пренебречь. Найти абсолютное давление в левой полости, если hа = 740 мм рт. ст.

1.46.Определить силу F на штоке золотника, если показание вакуумметра рвак = 60 кПа, избыточное давление р1 = l МПа, высота Н

=3 м, диаметры поршней D = 20 мм и d=l5 мм, ρ = 1000 кг/м3.

1.47.Система из двух поршней, соединенных штоком, находится в рав- новесии. Определить силу, сжимающую пружину. Жидкость, находящаяся между поршнями и в бачке, - масло с плотностью

ρ= 870 кг/м3. Диаметры: D = 80 мм; d = 30

мм; высота Н = 1000 мм; избыточное

давление ρo = 10 кПа.

К задаче 1.47

1.48. Определить давление р1, необходимое для удержания штоком трехпозиционного гидроцилиндра нагруз- ки F = 50 кН; давление р2= р3 = 0,3 кПа; диаметры: D = 40 мм, d = 20 мм.

К задаче 1.48

1.49. Давление в цилиндре гидрав- лического пресса повышается в резуль- тате нагнетания в него жидкости ручным поршневым насосом и сжатия ее в цилиндре. Определить число двойных ходов n поршня ручного насоса, необходимое для увеличения силы прес-

К задаче 1.49

сования детали А от 0 до 0,8 МН, если диаметры поршней: D = 500 мм, d = 10 мм; ход поршня ручного насоса l = 30 мм; объемный

20

модуль упругости жидкости Eж = 1300 мПа; объем жидкости в прессе

V =60 л.

Чему равно максимальное усилие F на рукоятке насоса при ходе нагнетания, если b/а=10?

К задаче 1.50

К задаче 1.51

1.50.Определить нагрузку на болты крышек А и Б гидравлического цилиндра диаметром D = 160 мм, если к плунжеру диаметром d= 120 мм приложена сила F = 20 кН.

1.51.Определить давление р1, необходимое для удержания цилиндром Ц нагрузки F = 70 кН. Противодавление в полости 2 равно р2 = 0,3 МПа, давление в полости 3 равно атмосферному. Размеры: Dц

=80 мм; Dш = 70 мм; d1 = 50 мм.

1.52.На рисунке представлена

конструктивная схема гидрозамка, прохо- дное сечение которого открывается при подаче в полость А управляющего потока жидкости с давлением ру. Определить, при каком минимальном значении ру толкатель

К задаче 1.52

поршня 1 сможет открыть шариковый клапан, если известно: предварительное усилие пружины 2 F = 50 Н; D = 25 мм, d = 15 мм, р1

 

= 0,5 МПа, р2 = 0,2 МПа. Силами трения

 

пренебречь.

 

1.53. Определить, при какой высоте

 

уровня воды начнет открываться клапан К.,

 

если сила пружины Fпр = 2 кН, угол ее

 

установки α = 45°, высота h = 0,3 м. Труба

 

перед клапаном имеет квадратное сечение

К задаче 1.53

со стороной а = 300 мм.

1.54. Определить абсолютное давление в резервуаре 1, если подача жидкости из него по трубопроводу 2 прекратилась и клапан 3 закрылся. Показание вакуумметра рвак = 0,05 МПа, высота Н = 2,5 м, сила пружины Fпр = 10 Н, плотность жидкости ρ = 800 кг/м3,

21

атмосферное давление соответствует hа = 755 мм рт. ст., диаметры dкл = 20 мм, dш = 10 мм. Вертикальными размерами клапана 3 пренебречь.

К задаче 1.54

К задаче 1.55

К задаче 1.56

1.55.Определить абсолютное давление на поверхности жидкости в сосуде и высоту h, если атмосферное давление соответствует hа = 740

ммрт. ст., поддерживающая сила F = 10 Н, вес сосуда G = 2 Н, а его

диаметр d = 60 мм.. Толщиной стенки сосуда пренебречь. Плотность жидкости ρ = 1000 кг/м3.

1.56.Определить минимальное значение силы F. приложенной к штоку, под действием которой начнется движение поршня диаметром D = 80 мм, если сила пружины, прижимающая клапан к седлу, равна F0 = 100 Н, а давление жидкости р2 = 0,2 МПа. Диаметр входного отверстия клапана (седла) d1 = 10 мм. Диаметр штока d2 = 40 мм, давление жидкости в штоковой полости гидроцилиндра р1 = l,0 МПа.

1.57.Определить величину предва- рительного поджатия пружины дифферен- циального предохранительного клапана (мм), обеспечивающую начало открытия клапана при рн = 0,8 МПа. Диаметры клапана: D = 24 мм, d = 18 мм; жесткость пружины с = 6 Н/мм. Давление справа от большого и слева от малого поршней

К задаче 1.57 атмосферное.

1.58. Для обеспечения обратного хода гидроцилиндра его полость 1 заполнена воздухом под начальным давлением р1. Найти размер l , определяющий положение стопорного кольца 2, которое ограничивает ход штока. Размеры цилиндра: Dц = 150 мм; dш = 130 мм; ход штока L = 400 мм. Сила трения поршня и штока 400 Н, давление слива р2 = 0,3 МПа, давление воздуха в начале обратного хода р1мах = 2 МПа.

22

Процесс расширения и сжатия воздуха принять изотермическим.

К задаче 1.58

К задаче 1.59

К задаче 1.60

1.59.Определить высоту h столба воды в пьезометрической трубке. Столб воды уравновешивает полый поршень с D = 0,5 м и d = 0,2 м, имеющий высоту H = 0,3 м. Собственным весом поршня и трением в уплотнении пренебречь.

1.60.Определить силу F, необходимую для удержания в равновесии поршня П, если труба под поршнем заполнена водой, а размеры трубы: D = 100 мм, H = 0,5 м. h = 4 м. Длины рычага: а = 0,2

ми b = 1,0 м. Собственным весом поршня пренебречь.

К задаче 1.61

К задаче 1.62

1.61.В системе дистанционного гидроуправления необходимо обеспечить ход l 2 поршня В равным ходу l 1 поршня А, т.е. l 1 = l 2 = l

=32 мм. Поршень В диаметром d = 20 мм должен действовать на рычаг С силой F2 = 8 кН. Цилиндры и трубопровод заполнены маслом

с модулем упругости Eж = 1400 МПа. Объем масла, залитого при атмосферном давлении, V=700 см3. Определить диаметр D поршня А и силу F1, приложенную к поршню А. Упругостью стенок цилиндров и трубок, а также силами трения поршней о стенки цилиндров пренебречь.

1.62.Определить объем гидроаккумулятора Vr=V1+V2, обеспечивающего выпуск штока гидроцилиндра против действия нагрузки F = 45 кН. Диаметры: цилиндра D = 120 мм; штока d = 60

23

мм; ход штока L = 1200 мм; давление на сливе ρс = 0,3 МПа. Процесс расширения воздуха считать изотермическим, максимальное давление в системе ρмах = 12 МПа.

1.63. На рисунке представ- лена схема главного тормоз- ного цилиндра автомобиля в момент торможения. Опреде- лить силу F, которую необхо- димо приложить к педали тор- моза, чтобы давление в рабо- чих цилиндрах передних ко- лес было р1 = 6 МПа. Каким

К задаче 1.63

при этом будет давление в рабочих цилиндрах задних колес р2? При расчете принять: усилие пружины 1 F1 = 100 Н, пружины 2 F2 = 150 H,

d= 20 мм, а = 60 мм, b = 180 мм. Силами трения пренебречь.

1.64.На рисунке показана принци- пиальная схема гидровакуумного усилителя гидропривода тормозов автомобиля. Давле- ние жидкости, создаваемое в гидроцилинд- ре 1 благодаря нажатию на ножную педаль

ссилой F, передается в левую полость тормозного гидроцилиндра 2. Помимо давления жидкости на поршень 3 в том же направлении действует сила вдоль штока 4,

 

связанного с диафрагмой 5. Последняя

 

К задаче 1.64

отделяет полость

А, сообщающуюся

с

 

атмосферой,

от

полости

Б,

где

 

 

устанавливается

 

вакуум

 

благодаря

 

соединению

ее

со

всасывающим

 

коллектором двигателя при нажатии на

 

педаль. Пружина 6 при этом действует на

 

диафрагму справа налево с силой Fпр.

 

Определить

давление

 

жидкости,

 

подаваемой

из

правой

полости

 

гидроцилиндра 2 к колесным тормозным

К задаче 1.65

цилиндрам. Принять:

 

 

 

усилие педали F = 200 Н; сила пружины 6 Fпр = 20 H; давление в полости Б рвак = 0,06 МПа; диаметры: диафрагмы 5 D =100 мм,

24

 

гидроцилиндра 1 d1 = 25 мм и

 

гидроцилиндра 2 d2 = 20 мм; отношение

 

плеч b/а = 5. Площадью сечения штока 4

 

пренебречь.

 

1.65. Определить величину и точку

 

приложения силы давления на крышку,

 

перекрывающую круглое отверстие

К задаче1.66

диаметром d = 500 мм в вертикальной

перегородке закрытого резервуара, если левый отсек резервуара заполнен нефтью (ρ = 900 кг/м3), правый - воздухом. Избыточное давление на поверхности жидкости рман = 15кПа, показание ртутного мановакуумметра, подключенного к правому отсеку резервуара, h = 80 мм, центр отверстия расположен на глубине Н = 0,8 м, атмосферное давление ра = 100 кПа.

1.66. Квадратное отверстие (а х а = 0,4 х 0,4 м) в вертикальной стенке резервуара с бензином (ρ = 750 кг/м3) закрыто крышкой. Найти силу давления на крышку и точку ее приложения, если центр отверстия находится на глубине Н = 2,0 м, вакуум на поверхности жидкости рвак = 60 кПа.

1.67. Найти минимальную толщину δ стенок стальной трубы диаметром d = 25мм, если давление жидкости р = 10 МПа, а допускаемое напряжение на растяжение для

стали [σ] = 150 МПа. Весом жидкости пренебречь.

Кзадаче 1.67

1.68.Определить величину предварительной деформации пружины, прижимающей шарик к седлу предохранительного клапана диаметром d = 25 мм, если он открылся при давлении р1 = 2,5 МПа. Давление после клапана р2 = 0,35 МПа, жесткость пружины с = 150 Н/мм. Весом шарика, пружины и шайбы пренебречь.

1.69. Сила давления воды через обшивку прямоугольного щита высотой Н = 4 м и шириной В = 6 м передается на четыре горизонтальные балки. На каких расстояниях х от свободной поверхности следует их расположить, чтобы они были нагружены одинаково?

Найти силу давления воды F на весь щит и максимальный

25

изгибающий момент М на балках, считая их свободно опертыми на концах.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

К задаче1.68

 

К задаче 1.69

 

К задаче 1.70

1.70. Прямоугольный поворотный щит размером Lxb = 3х4 м закрывает выпускное отверстие плотины. Справа от щита уровень воды Н1 = 5 м, слева Н2 = 2 м.

Определить:

1.начальную силу Т натяжения тросов, необходимую для открытия щита, если пренебрегать трением в цапфах;

2.с какой силой FА щит прижимается к порогу А в закрытом положении, если принять, что по боковым сторонам щита опоры отсутствуют.

1.71.Поворотный клапан АО закрывает выход из бензохранилища в трубу квадратного сечения со стороной h = 0,3 м. Прямоугольная пластина клапана опирается на срез трубы, сделанный под углом α = 45°. В трубе жидкость отсутствует.

Определить (без учета трения в опоре О клапана и

вролике В) силу Т натяжения троса, необходимую для

Кзадаче 1.71 открытия клапана, если уровень бензина Н = 0,85 м, а

давление над ним по манометру рм = 5 кПа. Плотность бензина ρ = 700 кг/м3.

1.72. Угловой поворотный затвор перекрывает боковое отверстие А резервуара.

Прямоугольные крылья затвора имеют радиальную длину R1 = R2 = 1 м и ширину В = 1 м.

Определить:

1. полную силу F давления воды на затвор и момент М этой силы относительно оси поворота

К задаче 1.72 затвора, распложенной на глубине Н = 2,5 м под

26

свободной поверхностью;

2. при какой длине R2 горизонтального крыла гидравлический момент на затворе станет равным нулю.

1.73. Замкнутый резервуар с нефтью (ρ = 920 кг/м3) разделен на две части плоской перегородкой,

. имеющей квадратное отверстие со стороной а = 1 м. Давление над нефтью в левой части резервуара определяется показанием манометра рм = 15 кПа, а в правой - показанием вакуумметра рвак = 10 кПа. Уровни нефти указаны на рисунке.

Найти значение и плечо х результирующей силы давления на крышку, закрывающую отверстие в перегородке.

 

1.74. Определить силу, прижимающую

 

стальной (относительная плотность δ = 8)

 

шаровой всасывающий клапан радиусом R =

 

100 мм к седлу, имеющему диаметр d = 125

 

мм, если диаметр насосного цилиндра D =

 

350 мм, а усилие по штоку F = 4000 Н. Седло

 

клапана расположено ниже оси цилиндра на

 

расстояние h1 = 0,5 м и выше свободной

 

поверхности в резервуаре с

К задаче 1.73

атмосферным давлением на h2 = 6,5 м, причем

 

труба под клапаном заполнена водой.

1.75. Отверстие в дне сосуда, содержащего масло относительной плотностью δ = 0,83, закрыто конической пробкой с размерами D - 100 мм, d = 50 мм и а = 100 мм, укрепленной на штоке диаметром d1 = 25 мм. Уровень масла выше пробки на расстоянии b = 50 мм.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

К задаче 1.74

К задаче 1.75

К задаче 1.76

27

Определить:

1.начальное усилие F, необходимое для подъема пробки при избыточном давлении в сосуде рм = 10 кПа;

2.избыточное давление рм, при котором усилие F окажется равным нулю.

Собственным весом пробки и трением в сальнике пренебречь.

1.76.Определить усилия, нагружающие болтовые группы А и В сборного конического резервуара, содержащего воду, если h = 1 м, наибольший внутренний диаметр сосуда D = 3 м, а показание манометра рм = 40 кПа.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

К задаче 1.77

К задаче 1.78

1.77.Определить усилия, нагружающие болтовые группы А, В и С симметричного сосуда размерами d1 = 1,8, D2 = 0,9 и h = 1,2 м; m1 = 600 кг и m2 = 900 кг - массы крышки и конической обечайки сосуда. Сосуд заполнен водой, избыточное давление рм = 50 кПа.

Как изменятся усилия, действующие на болты, если вместо указанной на эскизе опоры подвесить сосуд за верхнюю крышку?

1.78.Шаровой сосуд радиусом R = 0,4 м, заполненный водой, висит на тяге, прикрепленной к его верхней половине. Какое наименьшее давление в центре сосуда (показание пружинного вакуумметра рвак) удержит свободную нижнюю половину сосуда массой m = 150 кг?

Ответить на поставленный вопрос, принимая m = 0.

1.79.Каков наименьший уровень Н воды в сосуде, при котором стальной шар (относительной плотностью δ = 8) радиусом R = 100 мм, перекрывающий круглое отверстие диаметром d = 1,5 R в вертикальной стенке, будет находиться в равновесии?

1.80.Ступенчатый шток с размерами d1 = 100 мм, d2 = h = 300 мм и массой m = 24 кг плавает в воде, заполняющей цилиндрический сосуд

28

диаметром D = 400 мм.

К задаче 1.79 К задаче 1.80

В пространстве над водой может быть установлено любое заданное давление воздуха.

Определить:

1.глубину погружения х штока при атмосферном давлении над уровнем воды;

2.при каком избыточном давлении pи шток выйдет из воды и каково будет при этом его перемещение s от начального положения при pи = 0?

29

Ответы на задачи раздела 1 Гидростатика.

1.1. Δρ = 30,5 МПа. 1.2.Еж = 1804 МПа. 1.3. V = 1,96 л; F = 251 H.

1.4.ρсм = 880 кг . 1.5. V = 140 л. 1.6. Δρ = 4,4 МПа. 1.7. m = 63700

м3

кг. 1.8. Δρ = 21,7 МПа. 1.9. рв = 0,05 МПа; рм = 0. 1.10. ρб = 100 кг .

м3

1.11. Gб = 22 кН. 1.12. рабс = 0,04 МПа. 1.13. ро = 0,24 МПа; Н = 27 м.

1.14. р1 = 0,041 МПа; рвак = 0,06 МПа. 1.15. р = 0,125 МПа. 1.16. с =

350

Н

. 1.17. р1 = 0,9 МПа. 1.18. р1 = 19,7 МПа; р2 = 17,4 МПа. 1.19.

 

 

мм

 

 

1

 

1

 

 

 

 

 

 

2

2

 

 

+

 

 

 

 

m = 10 т; р = 3,86 МПа. 1.20. V = 9 л. 1.21. А = 0,5 ρgS 1

 

 

S1

 

S2

.

 

 

 

 

 

 

 

1.22. рм = 0,724 МПа; FА = 19,8 кН; FВ = 18,3 кН; dmin = 0.049 м. 1.23. х

= 25 мм. 1.24. Н = 3 м. 1.25. h = 0,14 м. 1.26. R = 3,99 кН. 1.27. Вакуум

1. рвак = 34 кПа; 2. V = 1,66 м3. 1.28. 1. рвак = 27,4 кПа; 2. Fв = 2,58 кН; Fс = 3,07 кН. 1.29. 1. m = 15,4 г; 2. F = 188 Н. 1.30. m = 37,8 кг; F = 604

Н. 1.31. V = 0,113 м3. 1.32. h = 0,11 м; Δр = 32,4 кПа. 1.33. F = 35,3

кН. 1.34 F = 113 кН. 1.35. р = 0,199 МПа; G = 14,1 кН. 1.36. G = 404 Н.

1.37. G = 191 Н. 1.38. F = 355 Н. 1.39. F = 3,08 кН. 1.40. р1 = 0,554

МПа. 1.41. р2 = 6,57 МПа. 1.42. рвак = 0,96 кПа. 1.43. F = 0,271 МН.

1.44. Fв = 0,5 кН; Fн = 1 кН. 1.45. F = - 1,26 кН; рабс = 58,5 кПа. 1.46. F = 132 Н. 1.47. F = 79,3 Н. 1.48. р1 = 40 Па. 1.49. n = 80; F = 31,4 Н. 1.50.

FА = 15,3 кН; FБ = 35 кН. 1.51. р1 = 22,9 МПа. 1.52. ру = 0,41 МПа. 1.53.

Н = 1,58 м. 1.54. рабс = 84,6 кПа. 1.55. рабс = 96 кПа; h = 0,28 м. 1.56.

Fmin = 3,64 кН. 1.57. х = 26,4 мм. 1.58. 1 = 740 мм. 1.59. h = 1,58 м. 1.60.

F = 69,5 Н. 1.61. Д = 30 мм; F1 = 1,8 кН. 1.62. V = 18,4 л. 1.63. F = 496

Н; р2 = 5,8 МПа. 1.64. р = 3,46 МПа. 1.65 F = 6,48 кН; х = 0,804 м.

30